Análise numérica da vibração induzida por vórtices de dois cilindros alinhados com o escoamento

• Main Author: Narváez Campo, Gabriel Fernando
• Other Authors: Schettini, Edith Beatriz Camano
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: 2016
• Subjects: Escoamento; Simulação numérica; Vortices; Cilindros
• Online Access: http://hdl.handle.net/10183/132817

A interação fluido estrutura faz parte de uma ampla gama de estudos da atualidade. Em função das interações dinâmicas entre fluido e estrutura, baseadas tanto nas propriedades do fluido e do escoamento quanto nas características estruturais do corpo submerso, poderá ocorrer vibração induzida por vórtices (VIV) e/ou a vibração induzida pelo escoamento (FIV). Neste trabalho a abordagem desse problema é do tipo numérica, mediante o uso do código Incompact3d, acoplado com um modelo dinâmico de oscilador simples. O esquema do Incompact3d permite a solução das equações de Navier-Stokes mediante Simulação Numérica Direta (DNS). O caso específico para o qual aplica-se o modelo numérico é o caso de dois cilindros circulares lisos idênticos alinhados com o escoamento. A validação do código é feita para números de Reynolds (Re) entre 100 e 300, espaçamento entre centro dos cilindros (S=D) entre 1; 5 e 10; 0 e velocidades reduzidas (U0) entre 2 e 14. Os cenários simulados são: cilindros de montante e de jusante fixos (MF JF), cilindros de montante e de jusante livres na direção transversal ao escoamento (MLy JLy) e cilindros de montante e de jusante livres nas duas direções (MLxy JLxy). Devido à carência de estudos comparativos entres estes três cenários, para números de Reynolds da ordem de 102 e espaçamento crítico (S=D 3; 5, que é função do Re), o presente trabalho estuda as estruturas formadas no escoamento, além das vibrações induzidas, a partir de simulações 2D para Re = 200 e 300, S=D = 3; 5 e 2 < U0 < 14, que corresponde à região onde acontecem os fenômenos tanto de ressonância quanto de galloping. Encontra-se que para o cenário MLyJLy a máximas oscilações ocorrem para 5 U0 8 e são maiores para Re = 300. Em termos de amplitudes de vibração, os cenários MLxy JLxy tiveram os maiores deslocamentos relativos, em relação aos MLy JLy. === The fluid-structure interaction makes part of a great number of current studies. As a function of dynamic interactions between fluid and structure, based on fluid and flow properties as on structural characteristics of the submerged body, could occur vortex induced vibration (VIV) and/or flow induced vibration (FIV). This work has a numerical approach to the problem, using Incompact3d code coupled with a simple oscillator dynamic model. The Incompact3d numerical scheme allows to solve the Navier-Stokes equations via Direct Numerical Simulation (DNS ). The coupled numerical code was applied to case of two circular smooth identical cylinders in cross-flow (tandem). The code validation is made for Reynolds numbers between 100 and 300, spacing between center-to-center cylinder (S=D) between 1; 5 and 10; 0 and reduced velocities (U0) between 2 and 14. The conditions simulated are: both cylinders fixed (MF JF), both cylinders free in transversal streamwise direction (MLy JLy) and both cylinders free to oscillate parallel and transverse to the streamwise direction (MLxy JLxy). Due to the absence of comparative studies between these settings, for Reynolds number O(102) and critical spacing (S=D 3; 5, which is a function of Re), the present work studies the flow structures, moreover induced vibrations, via 2D simulations for Re = 200 and Re = 300, S=D = 3; 5 and 2 < U0 < 14, that correspond to the region where resonance and galloping phenomena take place. It is found for MLy JLy escenary that the greatest oscillations occur for 5 U0 8 and they are greater than the correspond to Re = 300. All the MLxy JLxy settings have greater oscillations than the MLy JLy settings.